同步發(fā)電機運行特性

同步發(fā)電機運行特性第一頁，共35頁。3、負載特性：當I=const,CosΦ=const時,

U＝f(if)

五種基本特性：

1、空載特性：當I=0時，E0(U0)

＝f(if)

2、短路特性：當U=0時，Ik＝f(if)

4、外特性：當if=const,CosΦ=const時，

U＝f(I)5、調整特性：當U=const,CosΦ=const時,

if＝f(I)

第二頁，共35頁。6.3.1同步發(fā)電機的運行特性一、同步發(fā)電機空載特性曲線的測定同步發(fā)電機達到同步轉速后，加入勵磁電流，改變勵磁電流，空載電勢也隨之改變。1、勵磁電流由零升至最大值2、勵磁電流由最大值降為零由于鐵磁材料磁滯的原因,空載電勢略有不同，一般取下降的空載特性曲線。第三頁，共35頁。IfU0=E0if0圖6.28空載特性的實驗測定及校正12第四頁，共35頁。圖6.29三根空載特性曲線E0'=f(Ff)第五頁，共35頁。二、同步發(fā)電機的短路特性當U=0、保持n=nN時，Ik＝f(If)

1、短路時（U=0）電動勢方程隱極機：凸極機：即.=E0+Ead+Eaq=U+IRa....+jIX.E..E=E0+Ea=U+IK

Ra+jIK

X......E=U+IRa+jIX..jIK

X..第六頁，共35頁。2、短路特性曲線已知、當Ra=0時隱極機：凸極機：900,電樞磁勢基本上為純直軸去磁，F(xiàn)a=Fad,Faq=0.第七頁，共35頁。F’=Ff–Fad’（數(shù)值上）又因磁路不飽和，F(xiàn)’

IKFad’IK故：有FfIK即IfIK

短路特性為一條過原點的直線。..E=U+IRa+jIX..jIK

X..第八頁，共35頁。穩(wěn)態(tài)短路時，電機中的電樞反應為純?nèi)ゴ抛饔?，電機的磁通和感應電勢較小，短路電流也不會過大，所以三相穩(wěn)態(tài)短路運行沒有危險。圖6.30短路特性第九頁，共35頁。.E..=E0+Ead+Eaq=U+IRa....+jIkX.E.I.E0FfFad'.EadFad'F'圖6.31穩(wěn)態(tài)短路時-空矢量3、穩(wěn)態(tài)短路時-空矢量圖第十頁，共35頁。三角形ABC為同步發(fā)電機的特性三角形。

=Fad‘=INXFf（If）EOCAE0=f(If)BEF'Fad‘E圖6.32特性三角形-AB-AC4、特性三角形（短路三角形）.E..=E0+Ead+Eaq=U+IRa....+jIkX數(shù)值小,對應的磁通也小,電機磁路不飽和第十一頁，共35頁。思考：同步發(fā)電機定子繞組的出線端短路后，電樞電流I隨勵磁電流If變化，兩者為什么成正比關系？第十二頁，共35頁。①隱極機：短路時故Xt=E0'/IK短路時磁路不飽和，故在同一Ff(If)下，由空載特性中的氣隙線E0'=f(Ff)求得E0'

，由短路特性求得IK，由Xt=E0'/IK得不飽和同步電抗Xt。5、不飽和同步電抗的求?。ɡ脠D6.29短路特性、空載特性求?。┑谑摚?5頁。②凸極機：短路時Xd不飽和=E0'/IK第十四頁，共35頁。Xd*不飽和=Xd不飽和/Zb

=(E0'IN)/(IKUN)=E0'

*/IK*在同一Ff(If)下，由空載特性中的氣隙線E0'=f(Ff)求得E0’

，由短路特性求得IK，由Xd不飽和=E0'/IK得不飽和同步電抗Xd。

根據(jù)經(jīng)驗公式Xq0.65Xd可求Xq。第十五頁，共35頁。★定義：當發(fā)電機空載運行時，空載電動勢等于額定電壓時，所加的勵磁電流If0

，保持此If0不變，在穩(wěn)態(tài)短路時所對應的短路電流為IK0

，IK0與發(fā)電機額定電流IN之比，稱為短路比，用kc表示?！?/p>

kc=IK0/IN=If0

(U0=UN)/IfK

(IK=IN)

=(If0/If0')*(If0'/IfK)=kUN

/E0'=k/Xd*不飽和6、短路比(圖6.29中黑線所示）第十六頁，共35頁。

IfEE0EE0'

氣隙線IKUNIf0IK0INIfKIf0'

圖6.29由空載短路特性確定同步電抗和kcIf0---產(chǎn)生空載額定電壓所需的勵磁電流If0'

---產(chǎn)生氣隙線上空載額定電壓所需的勵磁電流IfK---產(chǎn)生額定短路電流所需的勵磁電流k---電機主磁路的飽和系數(shù)第十七頁，共35頁?！飇c分析：kc小，負載變化時，發(fā)電機電壓變化較大，并聯(lián)運行時穩(wěn)定性較差，但電機造價便宜。若：增大電機氣隙,Xdkc此時，電機靜態(tài)穩(wěn)定性好，過載能力強，但要增大勵磁磁動勢，轉子用銅量增大，造價高。汽輪發(fā)電機：kc=0.4~1水輪發(fā)電機：kc=0.8~1.8第十八頁，共35頁。1、定義發(fā)電機的負載特性是指當負載電流=常數(shù)，功率因數(shù)cosj=常數(shù)的條件下，端電壓U與勵磁電流的關系。其中當cosj=0時一條負載特性稱為零功率因數(shù)特性。三、零功率因數(shù)特性第十九頁，共35頁。2、相量圖

cosj=0的負載為純電感負載，Ra遠小于回路電抗，故y=900，零功率因數(shù)負載時的電樞磁動勢也是純?nèi)ゴ抛饔玫闹陛S磁動勢。第二十頁，共35頁。.=U+IRa+jIX..E.=U+jIX....I滯后于U900.I.E0FfFad'Fad'F'.UjIX..EFad'=Fa'圖6.31零功率因數(shù)負載時時-空矢量圖畫出相量圖見圖6.31可以看出，與U處于同一方位，其相量加減可簡化為代數(shù)加減，即jIX..E=U+IXF'=Ff-Fa'第二十一頁，共35頁。3、零功率因數(shù)特性與空載特性之間存在一個特性三角形（見圖6.31）圖6.31零功率因數(shù)負載特性的分析三角形EAF也為同步發(fā)電機的特性三角形。=UN=IX=If0=If

=Ifa:克服漏阻抗壓降IX所需勵磁電流-OB-EA-BC-BF-AF-ACFf(If)UABEEE0=f(If)OKCFUNIfa第二十二頁，共35頁。在測定零功率因數(shù)負載特性時，I保持不變，故特性三角形大小不變。若X已知，對應于一固定I的去磁作用的等效勵磁磁動勢力Ifa，該三角形唯一確定，將左上角頂點沿空載特性移動時，其右下角頂點的軌跡即為所求的零功率因數(shù)負載特性。第二十三頁，共35頁。若零功率因數(shù)負載特性是實測(設I=IN)的，如圖6.35中虛線所示，此時特性三角形為A“B”C“

，

大于，計算的電抗將大于漏抗X，稱為保梯電抗XP，XP=

/IN實測零功率因數(shù)負載特性3與理想零功率因數(shù)負載特性2不同是由于轉子漏磁影響。若測零功率因數(shù)負載特性時電壓低，磁路不飽和，則仍為曲線2，此時作特性三角形可求X

。4、保梯電抗-BCB"C"_B"C"_第二十四頁，共35頁。圖6.35由空載和零功率因數(shù)特性求特性三角形Ff(If)UCE0=f(If)OAUNBO'B'A'C'B"A"C"O"123IfaINXI=0I=IN第二十五頁，共35頁。三相穩(wěn)定短路時，特性三角形縱邊長為IX，橫邊長為Ifad=Ifa，稱為短路三角形。隨電壓升高，縱邊逐漸增長，橫邊逐漸變小，對應于U=UN時所得特性三角形縱邊長為IXp，稱保梯三角形。凸極機：Xp=(1.05~1.1)X

隱極機：Xp=(1.1~1.3)X

第二十六頁，共35頁。1、外特性

n=nN,If=常數(shù),cosj=常數(shù)條件下，同步發(fā)電機單機運行時,端電壓U隨負載電流而變化的關系曲線U=f(I)。四、外特性和電壓調整率第二十七頁，共35頁。

感性負載及純電阻負載：電樞反應去磁★感性負載(j>0,y>90>0，cosj滯后)，勵磁電流If不變時，隨著電樞電流I的增大，有兩個因素導致端電壓下降：電樞反應的去磁EU；漏抗壓降IRa的增大。故感性負載同步電機的外特性是下降的曲線。2、外特性曲線形狀與負載的性質有關。第二十八頁，共35頁?！锶菪载撦d對于(j<0,y<90，cosj超前)，電樞反應為增磁作用，電樞電流I增大，端電壓U反而增大。圖6-32給出了各種情況下的外特性曲線?！锛冸娮柝撦d:電樞反應去磁,外特性是下降曲線.第二十九頁，共35頁。3、為使不同cosj下，I=IN時均有U=UN，則

感性負載下所需勵磁電流If大----過勵狀態(tài)

容性負載下所需勵磁電流If小----欠勵狀態(tài)純電阻負載cosj=1下所需勵磁電流If----正常勵磁狀態(tài)。第三十頁，共35頁。cosΦ=0.8滯后cosΦ=1cosΦ=0.8超前圖6-32同步發(fā)電機的外特性第三十一頁，共35頁。例6-1一臺凸極同步發(fā)電機，其直軸和交軸同步電抗的標幺值為，，電樞電阻略去不計，試計算該機在額定電壓、額定電流、(滯后)時激磁電動勢的標幺值(不計飽和)解以端電壓作為參考相量

虛擬電動勢為第三十二頁，共35頁。即δ角為19．44°，于是電樞電流的直軸、交軸分量和激磁電動勢分別為第三十三頁，共35頁。例6.2有一臺25000kW、10.5kV(星形聯(lián)結)、(滯后)的汽輪發(fā)電機，從其空載、短路試驗中得到下